酵母细胞的固定化

专题3酶的研究与应用33酵母细胞的固定化知识点固定化酶的应用实例固定化细胞技术知识点1：固定化酶的应用实例1、高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康更有益。3、生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。2、固定化酶技术。即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）基础知识一、固定化酶的应用实例问1、什么是高果糖浆？与蔗糖比有何优点？（食品生产为什么偏向用果糖不用蔗糖？）问2、解决酶应用中不足的技术及方法是？问3、生产高果糖浆需什么酶？作用是什么？这种酶有何特点？基础知识一固定化酶的应用实例我们以高果糖浆的生产为例来了解固定化酶技术在生产实践中的应用。高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。思考：如果你是工程技术人员，如何解决这一缺点？含淀粉的浆液α-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖异构酶葡萄糖的异构化42%～45%转化成果糖果葡糖浆果糖和葡萄糖分离葡萄糖再次异构化反复多次果糖含量70%～90%高果糖浆固定化酶技术生产高果糖浆生产流程基础知识一、固定化酶的应用实例使用固定化酶技术，将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触转化成果糖，从反应柱的下端流出基础知识一、固定化酶的应用实例问4、高果糖浆生产过程？

（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；（2）固定在载体上的酶可以被反复利用。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。基础知识一固定化酶的应用实例问5、这种方法的优点是什么？使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。目前，用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1000万吨。基础知识一、固定化酶的应用实例知识点2：固定化细胞技术固定化细胞技术◎概念固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或者化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。那么，如何固定呢？包埋在网格中用化学键结合起来物理吸附在载体上◎固定方法通常情况下，酶和细胞固定采用不同的方法酶物理吸附法化学结合法细胞包埋法1．从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？2．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？3．如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？4．如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？思考？固定化细胞固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞技术固定化酶技术固定化细胞酶的种类：一种所需条件：适宜的温度，pH值固定化细胞酶的种类：多种所需条件：适宜的温度，pH值，营养物质固定化酶（一）制备固定化酵母细胞1、酵母细胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。操作提示酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。缺水，处于休眠状态让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。2、2溶液：2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→充分溶解备用防止自来水中各种离子影响实验结果CaCl2溶液浓度过大，凝胶珠硬度大，易开裂；浓度过小，不易形成凝胶珠。注意：Ca2使海藻酸钠溶液形成不溶于水的海藻酸钙凝胶珠，从而将酵母细胞包埋在凝胶珠中，达到固定效果。CaCl2溶液的作用：3、配制海藻酸钠溶液小火或间断加热，并不断搅拌

溶液浓度过高，将很难形成圆形或椭圆形凝胶珠；—实验成败的关键步骤

浓度过低，凝胶珠包埋的酵母细胞数量较少，凝胶珠颜色过浅，呈白色。防止海藻酸钠发生焦糊4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器中以免海藻酸钠溶液温度过高杀死酵母菌5、固定化酵母细胞操作提示速度一定要恒定且缓慢，以便形成均匀的圆形或椭圆形的凝胶珠。以便凝胶珠形成稳定的结构，使酵母菌固定更为牢固。距离液面15—30cm。过近：凝胶珠会带尾巴；过高：CaCl2溶液溅出。以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝胶珠状颗粒。在CaCl2溶液中浸泡30min左右。检测凝胶珠制作是否合格方法：2机械法：（1）用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。（2）在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。1目测法：合格的凝胶珠应该是淡黄色，圆形或椭圆形。归纳凝胶珠不是圆形或椭圆形的原因：1海藻酸钠浓度过高2注射器离液面过近3注射器推进过快（二）用固定化酵母细胞发酵1将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2－3次。质量分数为10％的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25°C下发酵24h既可以作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的营养物质。洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液；洗去杂菌葡萄糖溶液浓度过高，酵母菌会失水过多而死亡。可看是否有气泡产生和闻是否有酒味产生（一）制备固定化酵母细胞（二）用固定化酵母细胞发酵酵母细胞的活化配制饱和CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞蒸馏水冲洗固定好的酵母细胞（凝胶珠）利用固定化的酵母细胞进行酒精发酵关键步骤科研人员利用固定化酵母直接发酵甜菜汁生产燃料乙醇，下图1表示相关的工艺流程，图2为不同固定化酵母接种量对发酵的影响。请分析回答：

（1）图1的步骤①中，溶化海藻酸钠时要注意________________，步骤②中加入果胶酶的作用是_____________。步骤③中进行增殖培养的目的是________________。（2）图1的步骤④体现了固定化酵母____________________________的优点。（3）由图2可知，固定化酵母接种量为______________时酒精产量最高。（1）小火加热或间断加热，以防止焦糊分解果胶，提高甜菜汁的出汁率和澄清度增加酵母菌的数量，提高发酵效率（2）容易与产物分离，并能重复使用（3）15%（2017•江苏）固定化单宁酶应用于茶饮料加工，可消除其中的苦涩味。下列有关叙述正确的是A．在单宁酶纯化时可采用透析法去除杂蛋白B．化学结合法比吸附法对单宁酶活性影响更小C．温度、pH和重金属离子都可能影响固定化单宁酶活性D．酶的高效性决定固定化单宁酶不会降解茶饮料中的有益成分C（2017•江苏）下列关于“酵母细胞的固定化技术”实验的叙述，正确的是A．活化酵母时，将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状B．配制CaCl2溶液时，需要边小火加热边搅拌C．将海藻酸钠溶液滴加到CaCl2溶液时，凝胶珠成形后应即刻取出D．海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈蝌蚪状A（2016江苏）为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含n2污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下。请回答下列问题：（1）实验中的海藻酸钠作用是，CaCl2的作用是。（2）为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用洗涤。图1中10%海藻酸钠组培养24h后,移去凝胶球,溶液呈绿色,原因是______。（1）包埋绿球藻（包埋剂）

与海藻酸钠反应形成凝胶球（凝固剂）

（2）培养液

海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）

（2016江苏）为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含n2污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下。请回答下列问题：（